CEJ/柳波/氦膨胀研究：可及体积对干酪根基质中过量吸附的影响

（柳波 文）页岩气因具有清洁、高效、分布广泛等特点引起人们广泛关注。提高对页岩气储层过量吸附的认识能够更为准确的预测储层生产能力和改进精炼工艺。储层基质的可及体积是页岩气储层过量吸附的一个重要因素，可及体积虽然可以通过实验进行研究，但是满足储层实际环境的实验难以开展，通过分子模拟氦气膨胀对可及体积进行计算可以有效解决这一问题。今年5月，《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）在线发表了柳波团队与国际合作者题为“Helium expansion revisited: Effects of accessible volume on excess adsorption in kerogen matrices”的论文（https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152690）。

本次研究采用混合巨正则Monte Carlo/分子动力学（GCMC/MD）模拟氦气膨胀的方法，得到干酪根基质的可及体积和其对各种气体的过量吸附容量。发现Supercritical Dubinin-Radushkevich（SDR）模型和 Supercritical Brunauer-Emmett-Teller（SBET）模型虽然比传统的Langmuir模型在绝对吸附值计算上更准确，但是两个模型在预测绝对吸附量方面仍有很大改进空间。最终得到CO₂与其他气体相比吸附能力更强，该研究在提高页岩气采收率和地质封存方面有较大的意义。柳波教授作为第一作者，合作作者包括德国基尔大学Mehdi Ostadhassan教授，长江大学资源与环境学院徐耀辉教授等。该研究得到国家自然科学基金和黑龙江省科技攻关项目支持。

（a）                              （b）

（c）                              （d）

图1干酪根基质模型1、2和3中，对(a) CH₄、(b) C₂H₆、(c) CO₂和(d) N₂的吸附密度进行了比较，这些吸附密度是基于Langmuir、SDR和SBET模型计算得出（水平虚线表示气体密度的实验值）（审核：孟强）

论文信息与链接：Liu, B., Babaei, S., Kanduˇc, M., Tian, S., Bai, L., Xu, Y., Ostadhassan, M., 2024. Helium expansion revisited: Effects of accessible volume on excess adsorption in kerogen matrices. Chemical Engineering Journal l493,152690. （https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152690）